FR2811800A1 - Reacteur nucleaire refroidi par eau a l'etat surcritique et centrale le comportant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerneun r eacteur nucl eaire refroidi par eau à l' etatsurcritique. Elle se rapporte à un r eacteur refroidipar eau à l' etat surcritique, qui comprend une enceinte (31)qui comporte une partie d'enveloppe (28) contenant un fluide à pressionsous-critique et un fluide à pression surcritique, une plaque (32,33) de support de coeur, plusieurs tubes (35) de combustible, plusieurs ensemblescombustibles nucl eaires (36) dispos es dans les tubes (35),des dispositifs d'introduction d'eau à pression surcritique, d'extractionde la vapeur d'eau à pression surcritique, d'introduction du fluideà pression sous-critique et d'extraction du fluide à pressionsous-critique, plusieurs barres de contrôle (43), et un organe d'entraînementde barres de contrôle (43). Application aux centralesnucl eaires.
Description
La présente invention concerne les réacteurs nucléaires surcritiques
refroidis par eau, ainsi que des centrales
électriques comprenant de tels réacteurs nucléaires.
On connaît bien et on utilise industriellement dans la technique des réacteurs nucléaires à eau pressurisée PWR et les réacteurs nucléaires à eau bouillante BWR. Un exemple de centrale à réacteur PWR comprend des générateurs de vapeur
placés en dehors du réacteur, constituant une sorte d'échan-
geurs de chaleur dans lesquels la chaleur est transférée du fluide primaire de refroidissement qui a été chauffé dans le réacteur PWR. Le fluide secondaire de refroidissement est
transformé en vapeur d'eau dans des générateurs de vapeur.
La vapeur d'eau est utilisée pour entraîner en rotation des turbines à vapeur et pour créer ainsi de l'électricité. La pression habituelle dans un une enceinte de réacteur PWR est de l'ordre de 15 MPa et la température du fluide primaire de refroidissement à la sortie du réacteur PWR est d'environ 320 C. Un exemple de pression du fluide secondaire de refroidissement à la sortie des générateurs de vapeur est
d'environ 7 MPa et le rendement de création d'énergie élec-
trique par un réacteur PWR est habituellement de l'ordre de %. D'autre part, une centrale habituelle à réacteur BWR ne comporte pas de générateur de vapeur extérieur. La vapeur d'eau destinée aux turbines à vapeur est créée dans le réacteur BWR lui-même, et la vapeur à la sortie du réacteur BWR a une pression d'environ 7 MPa et une température d'environ 290 C. Ainsi, le rendement de création d'énergie électrique par un réacteur BWR est habituellement d'environ
35 %.
Des réacteurs nucléaires à eau à pression surcritique ont été déjà proposés, comme représenté sur la figure 1 qui correspond à celle de la demande publiée de brevet japonais
Tokkai-Hei n 8-313 664.
Sur la figure 1, l'enceinte 22 du réacteur nucléaire contient un coeur 23 dans lequel se produit la réaction
nucléaire. Le coeur 23 chauffe de l'eau à pression surcri-
tique en un fluide surcritique à une pression d'environ MPa et une température d'environ 450 C. L'eau à une pression et une température supérieures aux valeurs du point critique, qui sont respectivement de 22, 1 MPa et 374 C, n'est ni liquide ni vapeur, mais se comporte comme la vapeur. En conséquence, on peut appeler dans la suite ce type de fluide "vapeur d'eau" ou "vapeur d'eau à pression surcritique". La vapeur d'eau à pression surcritique est transmise à une turbine à vapeur 7 par une conduite principale 24 de vapeur. La turbine 7 est entraînée en rotation par la vapeur d'eau et entraîne une génératrice électrique 8. La vapeur se condense en eau dans un condenseur 9. L'eau condensée est alors pompée à la pression surcritique par une pompe 26 d'alimentation en eau et est renvoyée dans l'enceinte 22 du
réacteur nucléaire par une conduite 25 d'eau d'alimentation.
Le rendement de création de l'énergie électrique par un réacteur refroidi par eau surcritique est d'environ 40 %, c'est-à-dire une valeur supérieure à celle des réacteurs PWR
et BWR, à cause du meilleur état de la vapeur d'eau trans-
mise à la turbine. Cependant, l'état de la vapeur dans un réacteur surcritique refroidi par eau est encore inférieur
à celui des centrales thermiques à pression surcritique.
En outre, l'enceinte du réacteur refroidi par eau à pression surcritique doit avoir des parois plus épaisses que les enceintes des réacteurs PWR et BWR à cause de la plus grande pression. L'épaisseur de paroi d'un réacteur refroidi par eau à pression surcritique peut être de 1,7 fois celle
d'un réacteur PWM pour un même diamètre d'enceinte.
Ainsi, l'invention a pour objet la mise à disposition d'un réacteur refroidi par eau à pression surcritique et une
centrale électrique perfectionnées comprenant un tel réac-
teur, dont le rendement et la rentabilité sont accrus.
Dans un premier aspect, l'invention concerne ainsi un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique qui comprend une enceinte de réacteur qui comporte une partie d'enveloppe destinée à contenir un fluide de refroidissement à pression sous-critique et une partie d'extrémité destinée à contenir un fluide de refroidissement à pression surcritique, séparée du fluide de refroidissement à pression sous-critique dans l'enceinte du réacteur, une plaque de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants, cette plaque étant disposée et fixée dans l'enceinte du réacteur afin que la plaque de support sépare l'espace intérieur d'enceinte du réacteur en une partie à pression surcritique et une partie à pression sous-critique, plusieurs tubes de combustible ayant deux extrémités ouvertes et fixés aux trous débouchants, les extrémités ouvertes communiquant avec la partie à pression surcritique à l'extérieur des tubes de combustible placés dans la partie à pression sous-critique, plusieurs ensembles combustibles nucléaires disposés dans les tubes de combustible, un dispositif d'introduction d'eau à pression surcritique dans la partie à pression surcritique, un
dispositif d'extraction de la vapeur d'eau à pression sur-
critique créé dans les tubes de combustible hors de la partie à pression surcritique, un dispositif d'introduction du fluide de refroidissement à pression sous-critique dans
la partie à pression sous-critique, un dispositif d'extrac-
tion du fluide de refroidissement à pression sous-critique de la partie à pression sous-critique, plusieurs barres de contrôle disposées afin que les barres de contrôle puissent être introduites dans la partie à pression sous-critique
près des tubes de combustible à travers la partie d'enve-
loppe, et un organe d'entraînement de barres de contrôle destiné à entraîner des barres de contrôle depuis
l'extérieur de l'enceinte du réacteur.
Dans un autre aspect, l'invention concerne aussi une centrale électrique qui comprend: (a) un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique qui comprend une enceinte de réacteur qui comporte une partie d'enveloppe destinée à
contenir un fluide de refroidissement à pression sous-
critique et une partie d'extrémité destinée à contenir un fluide de refroidissement à pression surcritique, séparée du fluide de refroidissement à pression sous-critique dans l'enceinte du réacteur, une plaque de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants, cette plaque étant disposée et fixée dans l'enceinte du réacteur afin que la plaque de support sépare l'espace intérieur d'enceinte du réacteur en une partie à pression surcritique et une partie à pression sous-critique, plusieurs tubes de combustible ayant deux extrémités ouvertes et fixés aux trous débouchants, les extrémités ouvertes communiquant avec la partie à pression surcritique à l'extérieur des tubes de combustible placés dans la partie à pression sous-critique, plusieurs ensembles
combustibles nucléaires disposés dans les tubes de combus-
tible, un dispositif d'introduction d'eau à pression sur-
critique dans la partie à pression surcritique, un dispo-
sitif d'extraction de la vapeur d'eau à pression surcritique créé dans les tubes de combustible hors de la partie à pression surcritique, un dispositif d'introduction du fluide de refroidissement à pression souscritique dans la partie à pression sous-critique, un dispositif d'extraction du fluide de refroidissement à pression sous-critique de la partie à pression sous-critique, plusieurs barres de contrôle disposées afin que les barres de contrôle puissent être introduites dans la partie à pression sous-critique
près des tubes de combustible à travers la partie d'enve-
loppe, et un organe d'entraînement de barres de contrôle
destiné à entrahîner des barres de contrôle depuis l'exté-
rieur de l'enceinte du réacteur, (b) une turbine à pression relativement élevée qui reçoit la vapeur d'eau à pression surcritique extraite de la partie à pression surcritique du réacteur, (c) un dispositif d'extraction d'une partie de la vapeur d'eau de sortie de la turbine à pression relativement élevée, destiné à introduire la vapeur d'eau de sortie dans la partie à pression sous-critique du réacteur, (d) une turbine à pression relativement basse destinée à recevoir le fluide de refroidissement à pression sous-critique extrait de la partie à pression sous-critique du réacteur, et (e) une génératrice électrique entraînée par l'une au moins des turbines à pressions relativement élevée et relativement
basse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va
suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'une centrale électrique comprenant un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique de la technique antérieure; la figure 2A est une coupe longitudinale par un plan vertical d'un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention dans un premier mode de réalisation; la figure 2B est une vue schématique partielle agrandie de l'un des tubes de combustible de la figure 2A; la figure 2C est une vue agrandie d'une extrémité de l'un des tubes de combustible et de son voisinage, représenté sur la figure 2A; la figure 3A est une coupe suivant la ligne IIIA-IIIA de la figure 2A; la figure 3B est une coupe agrandie de l'une des barres de contr8le et de son voisinage, représentée sur la figure 2A; la figure 4 est un schéma de principe d'un exemple de centrale électrique comprenant le réacteur refroidi par eau à l'état surcritique des figures 2A à 3B; la figure 5A est une coupe longitudinale par un plan vertical d'un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention dans un second mode de réalisation; la figure 5B est une vue agrandie de la partie "A" représentée sur la figure 5A; la figure 6 est une coupe longitudinale par un plan vertical d'un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention dans un troisième mode de réalisation; et la figure 7 est une coupe longitudinale par un plan vertical d'un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique
selon l'invention dans un quatrième mode de réalisation.
Les références numériques identiques désignent dans la
description qui suit des éléments analogues, et on ne répète
pas leur description.
On décrit maintenant un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention dans un premier mode de réalisation en référence aux figures 2A à 3B. Comme représenté sur la figure 2A, le réacteur refroidi par eau à l'état surcritique 27 comprend une enceinte 31 ayant une partie 28 d'enveloppe d'axe horizontal, un collecteur d'entrée 29 et un collecteur de sortie 30. Les collecteurs d'entrée et de sortie 29 et 30 ont une forme d'hémisphère et
sont couplés aux extrémités opposées de la partie d'enve-
loppe 28. Des plaques 32 et 33 de support de coeur sont disposées dans les collecteurs d'entrée et de sortie 29 et pour la formation de parties d'entrée et de sortie 70 et
71 respectivement dans l'enceinte 31.
Les plaques 32 et 33 de support de coeur ont de nom-
breux trous débouchants 34, et chaque trou 34 a un tube 35 de combustible ayant une extrémité ouverte comme indiqué sur la figure 2C. Les tubes de combustible 35 sont allongés horizontalement entre les deux plaques 32 et 33 et sont fixés et scellés dans les trous débouchants 34 des plaques
32 et 33 par exemple par soudage. Un-ensemble 36 de combus-
tible nucléaire comprenant une grappe de barres combustibles (non représentée) est placée dans chacun des tubes de combustible 35 comme indiqué sur les figures 2B et 2C. Dans une variante, plusieurs ensembles combustibles peuvent être
logés longitudinalement dans chaque tube de combustible 35.
Les collecteurs d'entrée et de sortie 29 et 30 ont une tuyère 40 d'entrée d'eau d'alimentation et une tuyère 41 de sortie principale de vapeur d'eau respectivement. L'eau à une pression surcritique est introduite à la partie d'entrée par la tuyère d'entrée 40 d'eau puis dans les tubes de combustible 35 par les trous débouchants 34 de la plaque de
support 32.
L'eau à la pression surcritique est chauffée en vapeur d'eau à pression surcritique par réaction nucléaire des ensembles combustibles nucléaires 36 dans les tubes de combustible 35. La vapeur d'eau à pression surcritique sort des tubes 35 par les trous 34 de la plaque 33 à la partie 71
de sortie, puis sort de l'enceinte 31 par la tuyère prin-
cipale 41 de sortie de vapeur d'eau.
La température de l'eau à pression surcritique dans la partie d'entrée 70 est inférieure au point pseudocritique
alors que la température de la vapeur d'eau à pression sur-
critique dans la partie 71 de sortie est supérieure au point pseudocritique. La partie 28 d'enveloppe de l'enceinte 31 du réacteur a des tuyères 38 et 39 d'entrée et de sortie de fluide de refroidissement au voisinage des extrémités opposées. Le fluide de refroidissement à pression sous-critique est introduit dans la partie d'enveloppe 28 à l'extérieur des tubes de combustible 35 par la tuyère d'entrée 38. Le fluide de refroidissement à pression sous-critique peut être en phase vapeur ou à un état biphasé liquide et vapeur. Le fluide de refroidissement à pression sous-critique est chauffé par les tubes de combustible 35 et sort de
l'enceinte 31 par la tuyère 39 de sortie.
Plusieurs plaques déflectrices supérieures 37a et plaques déflectrices inférieures 37b sont disposées en alternance perpendiculairement aux tubes 35 de combustible, avec des espaces pratiquement égaux entre elles dans la partie 28 d'enveloppe à l'extérieur des tubes de combustible 35. Les plaques déflectrices supérieures 37a sont disposées afin que leurs bords supérieurs soient au contact de la
surface de la partie d'enveloppe 28 et leurs bords infé-
rieurs à distance de la surface interne de la partie 28 d'enveloppe, alors que les plaques déflectrices inférieures 37b sont disposées avec leurs bords inférieurs au contact de la surface interne de la partie d'enveloppe 28 et leurs bords supérieurs à distance de la surface interne de la
partie 28. Le fluide de refroidissement à pression sous-
critique placé dans la partie d'enveloppe 28 circule suivant un trajet sinueux imposé par les plaques déflectrices 37a et 37b, si bien que le transfert de chaleur à l'extérieur des
tubes de combustible 35 est accru.
Comme l'indiquent les figures 2A, 3A et 3B, plusieurs barres de contrôle 43 pénètrent verticalement dans la partie d'enveloppe 28 et sont commandées par un organe 44 d'entraînement de barres de contrôle placé audessus des barres de contrôle 43 pour le réglage de la réaction nucléaire. Les barres de contrôle 43 sont disposées dans des tubes 42 de guidage qui traversent la partie d'enveloppe 28 comme indiqué sur la figure 3B. Les barres de contrôle 43 et les tubes de guidage 42 de ces barres sont placés entre les ensembles combustibles disposés chacun dans l'un des tubes de combustible 35 (comme représenté sur la figure 2B). Les ensembles combustibles 36 comprennent neuf ensembles combustibles 36a de coeur représentés en trait plein sur la figure 3A, seize ensembles combustibles 36b d'enveloppe représentés par des cercles vides sur la figure 3A et entourant immédiatement les ensembles combustibles de coeur 36a, et vingt ensembles combustibles réflecteurs 36c représentés sous forme de cercles avec une croix sur la figure 3A, autour des ensembles combustibles d'enveloppe 36b. Le nombre d'ensembles combustibles de chaque type peut
être modifié suivant les conditions de réalisation.
Dans ce mode de réalisation de réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention, les collecteurs d'entrée et de sortie 29 et 30 et l'intérieur des tubes de combustibles 35 sont exposés à la pression surcritique alors que la partie d'enveloppe et les tubes de guidage des barres
de contrôle sont exposés à une pression sous-critique.
Ainsi, les conditions mécaniques de réalisation des parois de la partie 28 d'enveloppe et des tubes de guidage 42 sont moins sévères que celles des parties correspondantes d'un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique de la technique antérieure. En conséquence, le coût de fabrication du réacteur refroidi par eau à l'état surcritique 27 peut
être réduit.
En outre, dans ce mode de réaction de réacteur refroidi par eau à l'état surcritique 27 selon l'invention,
l'enceinte 31 du réacteur a son axe longitudinal hori-
zontal, si bien que le centre de gravité est abaissé et la résistance aux tremblements de terre est accrue. En outre, les barres de contrôle 43 peuvent être insérées très facilement dans le coeur, avec l'aide de la force de pesanteur. La figure 4 représente un mode de réalisation de centrale électrique comprenant le réacteur refroidi par eau
à l'état surcritique 27 des figures 2A à 3B. La tuyère prin-
cipale 41 de sortie de vapeur est raccordée à une conduite principale 47 de vapeur d'eau qui est elle-même raccordée à
l'entrée d'une turbine à vapeur à haute pression.
La sortie de la turbine à vapeur 46 à haute pression est raccordée à une conduite 59 de réchauffeur de retour qui
est raccordée à la tuyère d'entrée 38 de fluide de refroi-
dissement. Une partie de la vapeur d'eau de la turbine 46 est extraite à la sortie ou à un étage intermédiaire pour
être transmise à des organes 58 de chauffage d'eau d'alimen-
tation à haute pression décrits plus en détail dans la suite. La tuyère 39 de sortie de fluide de refroidissement est raccordée à la conduite 50 de vapeur d'eau réchauffée qui
est raccordée à l'entrée d'une turbine à pression inter-
médiaire 49.
La sortie de la turbine à pression intermédiaire 49 est raccordée à l'entrée d'une turbine à vapeur 51 à basse pression. Une partie de la vapeur d'eau de la turbine à pression intermédiaire 49 est extraite à la sortie ou à un étage intermédiaire pour être transmise à des réchauffeurs d'eau d'alimentation à basse pression ou des réchauffeurs 58 d'eau d'alimentation à haute pression, dans lesquels
l'eau d'alimentation est chauffée.
La sortie de la turbine à vapeur 51 à basse pression est raccordée à un condenseur 53. L'eau condensée dans le condenseur 53 est pompée par une pompe à eau condensée 54 et
elle est échauffée dans les réchauffeurs 55 d'eau d'ali-
mentation à basse pression qui sont chauffés par la vapeur d'eau extraite de la turbine 51 à vapeur à pression plus faible et la vapeur d'eau extraite de la turbine à vapeur 49
à pression intermédiaire.
L'eau condensée est alors pompée à la pression sur-
critique par une pompe 56 d'eau d'alimentation entraînée par la turbine 57 d'entraînement de pompe d'eau d'alimentation qui est entraînée elle- même en rotation par la vapeur d'eau provenant de la turbine à pression intermédiaire 49. L'eau pompée par la pompe 56, appelée "eau d'alimentation", est
encore chauffée dans les réchauffeurs 58 d'eau d'alimen-
tation à haute pression, puis revient à l'enceinte 31 du réacteur par la conduite 45 d'eau d'alimentation et la
tuyère 40 d'entrée d'eau d'alimentation.
Les arbres des rotors des turbines 46, 49 et 51 à haute pression, à pression intermédiaire et à basse pression sont
raccordés mutuellement et à une génératrice électrique 52.
Ainsi, la génératrice électrique 52 est entraînée par les
turbines à vapeur 46, 49 et 51.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, la vapeur d'eau évacuée de la turbine à haute pression 46 est réchauffée en vapeur d'eau surchauffée dans la partie d'enveloppe 28 de l'enceinte 31 et est transmise par la turbine à pression intermédiaire pour former un "cycle de réchauffage" qui accroît le rendement thermique du système à turbine. En outre, l'humidité de la vapeur d'eau dans les turbines est réduite et l'érosion des ailettes de turbine est réduite au minimum. De plus, le système à turbine peut être peu encombrant grâce à la température élevée de la
vapeur d'eau ou à son énergie spécifique élevée.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure
4, cinq réchauffeurs 55 d'eau d'alimentation à basse pres-
sion et trois réchauffeurs 58 d'eau d'alimentation à haute pression sont placés en série le long de la conduite 45 d'eau d'alimentation, mais le nombre de réchauffeurs d'eau d'alimentation peut être modifié suivant les spécifications
de l'installation.
On décrit maintenant un second mode de réalisation de réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon l'invention en référence aux figures SA et 5B. Ce mode de réalisation est analogue au premier qui est représenté sur les figures 2A à 3B, mis à part l'insertion d'adaptateurs 60 entre les tubes 35 de combustible et les trous débouchants
34 des plaques 32 et 33 de support du coeur.
Les adaptateurs 60 sont des tubes d'enveloppe et sont
insérés et soudés ou vissés dans les trous débouchants 34.
Les adaptateurs 60 ont des tronçons tronconiques 72 d'extré-
mité élargie aux parties d'entrée ou de sortie 70 ou 71 respectivement. Les tubes de combustible 35 sont insérés dans les adaptateurs 60. Ces adaptateurs 60 sont formés d'un matériau convenable qui est relativement tendre et a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui des tubes de combustible 35. Dans le mode de réalisation des figures 5A et 5B, l'insertion des tubes de combustible 35 dans les adaptateurs
est facile à cause des tronçons tronconiques qui s'élar-
gissent 72. En outre, il est facile de retirer la totalité ou une partie des tubes de combustible 35 des adaptateurs 60 et de les remplacer par de nouveaux lorsque les tubes de combustible 35 ont été détériorés. Il est facile de remplacer des ensembles combustibles 36 car ils peuvent être remplacés avec les tubes de combustibles 35 qui les
contiennent.
On décrit maintenant un troisième mode de réalisation de réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon
l'invention en référence à la figure 6. Ce mode de réali-
sation est analogue au second qui est représenté sur les figures 5A et 5B, mis à part les caractéristiques qui suivent.
L'enceinte 80 du réacteur a un collecteur d'entrée-
sortie 61 et un collecteur intermédiaire 65, à la place du collecteur d'entrée 29 et du collecteur de sortie 30 (figure
5A).
L'espace entouré par le collecteur d'entrée-sortie 61 et la plaque 32 de support de coeur est divisé en chambres d'entrée et de sortie 63 et 64 par une plaque de séparation 62. La tuyère 40 d'entrée d'eau d'alimentation et la tuyère de sortie principale de vapeur d'eau 41 sont raccordées aux
chambres d'entrée et de sortie 63 et 64 respectivement.
Une extrémité de chacun des tubes de combustible 35a et 35b est fixée à la plaque 33 de support de coeur au niveau du collecteur intermédiaire 65 et est raccordée à une partie intermédiaire 81 qui forme l'espace hémisphérique délimité par le collecteur intermédiaire 65. D'autre part, aux autres extrémités des tubes de combustible 35a et 35b fixés à la plaque de support 33 au niveau du collecteur d'entrée-sortie 61, la moitié supérieure des tubes de combustible 35a est raccordée à la chambre d'entrée 63 et la moitié inférieure des tubes de combustible 35b à la chambre
de sortie 64.
Lors du fonctionnement, l'eau à pression surcritique est introduite dans la chambre d'entrée 63 par la tuyère 40 d'entrée d'eau d'alimentation puis à la moitié supérieure des tubes de combustible 35a par les trous débouchants de la
partie supérieure de la plaque de support 32. L'eau à pres-
sion surcritique est chauffée dans les tubes de combustible a et s'écoule dans la partie intermédiaire 81 par des trous débouchants de la partie supérieure de la plaque de support 33. L'eau à pression surcritique (fluide) de la partie intermédiaire 81 change de direction et s'écoule à la moitié inférieure des tubes de combustibles 35b. L'eau à pression surcritique (fluide) est chauffée à nouveau dans les tubes de combustible 35b et s'écoule vers la chambre de sortie 64, puis sort de l'enceinte 80 du réacteur par la
tuyère de sortie principale de vapeur d'eau 41.
Dans ce mode de réalisation, la longueur efficace des tubes de combustible 35a et 35b est doublée pour une même longueur de la partie d'enveloppe 28, ou une réalisation à
partie raccourcie d'enveloppe 28 est possible.
On décrit maintenant, en référence à la figure 7, un quatrième mode de réalisation de réacteur refroidi par eau
à l'état surcritique selon l'invention. Ce mode de réali-
sation est analogue au troisième que représente la figure 6,
mis à part les propriétés suivantes.
Les tubes de chaque paire de tubes rectilignes de combustible 35a et 35b, raccordés aux chambres d'entrée et de sortie 63 et 64, sont raccordés mutuellement par un tube 66 courbé en demi-cercle pour la formation d'un tube de combustible en U. Les tubes de combustible en U peuvent
aussi être formés par cintrage de longs tubes rectilignes.
Le collecteur intermédiaire 91 n'a pas de plaques de support de coeur et est exposé au fluide de refroidissement à pression sous-critique et non au fluide à pression surcritique. En conséquence, la tuyère 39 de sortie de fluide de refroidissement peut se trouver au niveau du
collecteur intermédiaire 91 tel qu'indiqué sur la figure 7.
Les ensembles combustibles et les barres de contrôle sont placés dans la partie d'enveloppe 28 ou à l'intérieur et autour des tubes rectilignes 35a et 35b. Lors du fonctionnement, l'eau à pression surcritique est introduite dans la chambre d'entrée 63 par la tuyère 40
d'entrée d'eau d'alimentation puis dans les tubes de combus-
tible 35a. Ensuite, l'eau à pression surcritique s'écoule
dans les tubes rectilignes 35a, les tubes courbés en demi-
cercle 66 et les tubes rectilignes 35b. L'eau à pression surcritique est chauffée dans les parties rectilignes des tubes 35a et 35b. Ensuite, l'eau à pression surcritique (fluide) s'écoule dans la chambre de sortie 64, puis sort de l'enceinte 90 du réacteur par la tuyère de sortie principale
de vapeur 41.
Dans ce mode de réalisation, la longueur efficace des tubes de combustible 35a et 35b est doublée pour une même longueur de partie d'enveloppe 28, ou une réalisation à partie raccourcie d'enveloppe 28 est possible, comme dans le mode de réalisation de la figure 6. En outre, dans ce mode
de réalisation, les tubes courbés en demi-cercle 66 per-
mettent l'absorption de la dilatation thermique des tubes de combustible 35a, 66 et 35b, si bien que la réalisation
mécanique est facile. En outre, comme le collecteur inter-
médiaire 91 est exposé au fluide de refroidissement à
pression sous-critique à la place du fluide à pression sur-
critique, l'épaisseur de paroi du collecteur intermédiaire 91 peut être réduite par rapport à celle du collecteur
intermédiaire 65 représenté sur la figure 6.
D'autres variantes sont possibles et, par exemple,
l'enceinte du réacteur peut avoir une orientation quel- conque, y compris une orientation verticale dans laquelle
les tubes de combustible sont pratiquement verticaux.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux réacteurs et centrales qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non
limitatif sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique, caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte (31) de réacteur qui comporte une partie d'enveloppe (28) destinée à contenir un fluide de refroi- dissement à pression sous-critique et une partie d'extrémité destinée à contenir un fluide de refroidissement à pression surcritique, séparée du fluide de refroidissement à pression sous-critique dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34), cette plaque (32, 33) étant disposée et fixée dans l'enceinte (31) du réacteur afin que la plaque (32, 33) de support sépare l'espace intérieur d'enceinte (31) du réacteur en une partie à pression surcritique et une partie à pression sous-critique,
plusieurs tubes (35) de combustible ayant deux extré-
mités ouvertes et fixes aux trous débouchants (34), les extrémités ouvertes communiquant avec la partie à pression surcritique à l'extérieur des tubes (35) de combustible placés dans la partie à pression souscritique,
plusieurs ensembles combustibles nucléaires (36) dispo-
sés dans les tubes (35) de combustible,
un dispositif d'introduction d'eau à pression surcri-
tique dans la partie à pression surcritique,
un dispositif d'extraction de la vapeur d'eau à pres-
sion surcritique créé dans les tubes (35) de combustible hors de la partie à pression surcritique,
un dispositif d'introduction du fluide de refroidis-
sement à pression sous-critique dans la partie à pression sous-critique, un dispositif d'extraction du fluide de refroidissement
à pression sous-critique de la partie à pression sous-
critique, plusieurs barres de contrôle (43) disposées afin que les barres de contrôle (43) puissent être introduites dans la partie à pression souscritique près des tubes (35) de combustible à travers la partie d'enveloppe (28), et un organe d'entraînement de barres de contrôle (43) destiné à entraîner des barres de contrôle (43) depuis
l'extérieur de l'enceinte (31) du réacteur.
2. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l'enceinte (31) du réacteur comprend une partie d'enve-
loppe (28), un collecteur d'entrée (29) placé à une première extrémité de la partie d'enveloppe (28) et un collecteur de
sortie (30) placé à l'autre extrémité de la partie d'enve-
loppe (28), deux plaques (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34), l'une des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur d'entrée (29), l'autre des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur de sortie (30), si bien que la partie de collecteur d'entrée (29), la partie de collecteur de sortie (30) et la partie d'enveloppe (28) placée entre elles sont formées dans l'enceinte (31) du réacteur, et les tubes (35) de combustible ayant les deux extrémités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) des plaques (32, 33) de support de coeur sont destinés à former des passages étanches de la partie de collecteur d'entrée (29) à la partie de collecteur de sortie (30) par l'intermédiaire des
tubes (35) de combustible.
3. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon la revendication 1, caractérisé en ce que: l'enceinte (31) du réacteur est disposée afin que l'axe de la partie d'enveloppe (28) soit horizontal, et des tubes de guidage de barres de contrôle (43) sont
placés en direction pratiquement verticale.
4. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des
tubes (35) de combustible pénètrent par des trous débou-
chants (34) d'adaptateurs insérés entre les tubes (35) de combustible et les trous débouchants (34), et sont fixés aux
trous débouchants (34).
5. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon la revendication 1, caractérisé par: une enceinte (31) de réacteur comprenant une partie d'enveloppe (28), un collecteur d'entrée-sortie (61) placé
à une extrémité de la partie d'enveloppe (28) et un collec-
teur intermédiaire (65) placé à l'autre extrémité de la partie d'enveloppe (28), deux plaques (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34), l'une des plaques (32, 33)
de support de coeur étant fixée au collecteur d'entrée-
sortie (61) et l'autre des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur intermédiaire, de manière que la partie de collecteur d'entrée-sortie (61), la partie de collecteur intermédiaire et la partie d'enveloppe (28) placée entre elles sont formées dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque de séparation destinée à diviser la partie du collecteur d'entrée-sortie (61) en chambres d'entrée et de sortie, et
plusieurs tubes (35) de combustible ayant deux extré-
mités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) des plaques (32, 33) de support de coeur pour la formation de passages scellés entre la chambre d'entrée et la partie de collecteur intermédiaire, et de passages scellés entre la partie de collecteur intermédiaire et la chambre de sortie par
l'intermédiaire des tubes (35) de combustible.
6. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique selon la revendication 1, caractérisé par: une enceinte (31) de réacteur qui comprend une partie d'enveloppe (28) et un collecteur d'entrée-sortie (61) placé à une extrémité de la partie d'enveloppe (28), une plaque (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34) fixes au collecteur d'entrée-sortie (61) afin que la partie de collecteur d'entrée-sortie (61) et la partie d'enveloppe (28) soient formées dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque de séparation du collecteur d'entrée-sortie (61) en chambres d'entrée et de sortie, et plusieurs tubes courbes (66) de combustible ayant deux extrémités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) de la plaque (32, 33) de support de coeur et destinés à former des passages scellés de la chambre d'entrée à la chambre de
sortie par l'intermédiaire des tubes (66) de combustible.
7. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte (31) de réacteur qui comporte une partie d'enveloppe (28) ayant un collecteur d'entrée (29) à une extrémité et un collecteur de sortie (30) à une autre extrémité, deux plaques (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34), l'une des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur d'entrée (29), l'autre des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur de sortie (30), si bien que la partie de collecteur d'entrée (29), la partie de collecteur de sortie (30) et la partie d'enveloppe (28) placées entr elles sont formées dans l'enceinte (31) du réacteur,
plusieurs tubes (35) de combustible ayant deux extré-
mités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) des plaques (32, 33) de support de coeur pour la formation de passages scellés de la partie de collecteur d'entrée (29) à la partie de collecteur de sortie (30) par l'intermédiaire des tubes (35) de combustible, plusieurs ensembles combustibles nucléaires (36) placés dans les tubes (35) de combustible, une entrée d'eau d'alimentation destinée à introduire de l'eau à pression surcritique dans la partie de collecteur d'entrée (29), une sortie principale de vapeur d'eau destinée à extraire la vapeur à pression surcritique de la partie de collecteur de sortie (30), une entrée de fluide de refroidissement destinée à introduire le fluide de refroidissement à une pression inférieure à la pression critique dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, une sortie de fluide de refroidissement destinée à
extraire le fluide de refroidissement de la partie d'enve-
loppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs tubes de guidage de barres de contrôle (43) insérés dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs barres de contrôle (43) disposées afin que les barres de contrôle (43) puissent être insérées dans les tubes de guidage de barres de contrôle (43), et un organe d'entraînement de barres de contrôle (43) destiné à entraîner les barres de contrôle (43) depuis
l'extérieur de l'enceinte (31) du réacteur.
8. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique, caractérisé en ce qu'il comprend:
une enceinte (31) de réacteur ayant une partie d'enve-
loppe (28) munie d'un collecteur d'entrée-sortie (61) à une extrémité et d'un collecteur intermédiaire à l'autre extrémité,
deux plaques (32, 33) de support de coeur ayant plu-
sieurs trous débouchants (34), l'une des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur d'entrée-sortie (61), l'autre des plaques (32, 33) de support de coeur étant fixée au collecteur intermédiaire, si bien que la partie de collecteur d'entrée-sortie (61), la partie de collecteur intermédiaire et la partie d'enveloppe (28) placée entre elles sont formées dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque de séparation de la partie de collecteur d'entée-sortie en chambres d'entrée et de sortie,
plusieurs tubes (35) de combustible ayant des extré-
mités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) des plaques (32, 33) de support de coeur pour la formation de passages scellés de la chambre d'entrée à la partie de collecteur intermédiaire et de passages scellés de la partie de
collecteur intermédiaire à la chambre de sortie par l'inter-
médiaire des tubes (35) de combustible,
plusieurs ensembles combustibles nucléaires (36) dispo-
sés dans les tubes (35) de combustible, une entrée d'eau d'alimentation destinée à introduire de l'eau à pression surcritique dans la chambre d'entrée, une sortie principale de vapeur d'eau destinée à extraire la vapeur à pression surcritique de la chambre de sortie, une entrée de fluide de refroidissement destinée à introduire un fluide de refroidissement à une pression inférieure à la pression critique dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, une sortie de fluide de refroidissement destinée à
extraire le fluide de refroidissement de la partie d'enve-
loppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs tubes de guidage de barres de contrôle (43) insérés dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs barres de contrôle (43) disposées afin
qu'elles puissent être insérées dans les tubes de gui-
dage, et un organe d'entraînement de barres de contrôle (43) destiné à entraîner des barres de contrôle (43) depuis
l'extérieur de l'enceinte (31) du réacteur.
9. Réacteur refroidi par eau à l'état surcritique, caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte (31) de réacteur qui comporte une partie d'enveloppe (28) ayant un collecteur d'entrée-sortie (61) à une extrémité, une plaque (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs
trous débouchants (34) et fixée au collecteur d'entrée-
sortie (61), la partie de collecteur d'entrée-sortie (61) et la partie d'enveloppe (28) étant formées dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque de séparation de la partie de collecteur d'entrée-sortie (61) en chambres d'entrée et de sortie, plusieurs tubes courbes (35) de combustible ayant des extrémités ouvertes fixées aux trous débouchants (34) de la plaque (32, 33) de support de coeur pour la formation de passages scellés de la chambre d'entrée à la chambre de sortie par l'intermédiaire des tubes (35) de combustible,
plusieurs ensembles combustibles nucléaires (36) dispo-
sés dans les tubes (35) de combustible, une entrée d'eau d'alimentation destinée à introduire de l'eau à pression surcritique dans la chambre d'entrée, une sortie principale de vapeur d'eau destinée à extraire la vapeur d'eau à pression surcritique de la chambre de sortie, une entrée de fluide de refroidissement destinée à introduire un fluide de refroidissement à une pression inférieure à la pression critique dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, une sortie de fluide de refroidissement destinée à
extraire un fluide de refroidissement de la partie d'enve-
loppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs tubes de guidage de barres de contrôle (43) insérés dans la partie d'enveloppe (28) à l'extérieur des tubes (35) de combustible, plusieurs barres de contrôle (43) disposées afin
qu'elles puissent être insérées dans les tubes de gui-
dage, et un organe d'entraînement de barres de contrôle (43)
depuis l'extérieur de l'enceinte (31) du réacteur.
10. Centrale électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un réacteur refroidi par eau à l'état surcritique qui comprend: une enceinte (31) de réacteur qui comporte une partie
d'enveloppe (28) destinée à contenir un fluide de refroidis-
sement à pression sous-critique et une partie d'extrémité destinée à contenir un fluide de refroidissement à pression surcritique, séparée du fluide de refroidissement à pression sous-critique dans l'enceinte (31) du réacteur, une plaque (32, 33) de support de coeur ayant plusieurs trous débouchants (34), cette plaque (32, 33) étant disposée et fixée dans l'enceinte (31) du réacteur afin que la plaque (32, 33) de support sépare l'espace intérieur d'enceinte (31) du réacteur en une partie à pression surcritique et une partie à pression sous-critique,
plusieurs tubes (35) de combustible ayant deux extré-
mités ouvertes et fixés aux trous débouchants (34), les extrémités ouvertes communiquant avec la partie à pression surcritique à l'extérieur des tubes (35) de combustible placés dans la partie à pression souscritique, plusieurs ensembles combustibles nucléaires (36) disposés dans les tubes (35) de combustible, un dispositif d'introduction d'eau à pression surcritique dans la partie à pression surcritique, un dispositif d'extraction de la vapeur d'eau à pression surcritique créé dans les tubes (35) de combustible hors de la partie à pression surcritique,
un dispositif d'introduction du fluide de refroidis-
sement à pression sous-critique dans la partie à pression sous-critique, un dispositif d'extraction du fluide de refroidissement
à pression sous-critique de la partie à pression sous-
critique, plusieurs barres de contrôle (43) disposées afin que les barres de contrôle (43) puissent être introduites dans la partie à pression souscritique près des tubes (35) de combustible à travers la partie d'enveloppe (28), et un organe d'entraînement de barres de contrôle (43) destiné à entraîner des barres de contrôle (43) depuis l'extérieur de l'enceinte (31) du réacteur, (b) une turbine (46) à pression relativement élevée qui reçoit la vapeur d'eau à pression surcritique extraite de la partie à pression surcritique du réacteur, (c) un dispositif d'extraction d'une partie de la vapeur d'eau de sortie de la turbine à pression relativement élevée, destiné à introduire la vapeur d'eau de sortie dans la partie à pression sous-critique du réacteur,
(d) une turbine (51) à pression relativement basse des-
tinée à recevoir le fluide de refroidissement à pression sous-critique extrait de la partie à pression sous-critique du réacteur, et (e) une génératrice électrique (52) entraînée par l'une au moins des turbines à pressions relativement élevée et
relativement basse (46, 51).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070330 |